The role of the mammalian DNA end-processing enzyme polynucleotide kinase 3'-phosphatase in spinocerebellar ataxia Type 3 pathogenesis

DNA strand-breaks (SBs) with non-ligatable ends are generated by ionizing radiation, oxidative stress, various chemotherapeutic agents, and also as base excision repair (BER) intermediates. Several neurological diseases have already been identified as being due to a deficiency in DNA end-processing activities. Two common dirty ends, 3'-P and 5'-OH, are processed by mammalian polynucleotide kinase 3'-phosphatase (PNKP), a bifunctional enzyme with 3'-phosphatase and 5'-kinase activities. We have made the unexpected observation that PNKP stably associates with Ataxin-3 (ATXN3), a polyglutamine repeat-containing protein mutated in spinocerebellar ataxia type 3 (SCA3), also known as Machado-Joseph Disease (MJD). This disease is one of the most common dominantly inherited ataxias worldwide; the defect in SCA3 is due to CAG repeat expansion (from the normal 14-41 to 55-82 repeats) in the ATXN3 coding region. However, how the expanded form gains its toxic function is still not clearly understood. Here we report that purified wild-type (WT) ATXN3 stimulates, and by contrast the mutant form specifically inhibits, PNKP's 3' phosphatase activity in vitro. ATXN3-deficient cells also show decreased PNKP activity. Furthermore, transgenic mice conditionally expressing the pathological form of human ATXN3 also showed decreased 3'-phosphatase activity of PNKP, mostly in the deep cerebellar nuclei, one of the most affected regions in MJD patients' brain. Finally, long amplicon quantitative PCR analysis of human MJD patients' brain samples showed a significant accumulation of DNA strand breaks. Our results thus indicate that the accumulation of DNA strand breaks due to functional deficiency of PNKP is etiologically linked to the pathogenesis of SCA3/MJD.

Leber's hereditary optic neuropathy (LHON) : involvement of mitochondrial permeability transition in the pathogenesis and protective actions of minocycline

Magdeburg, Univ., Fak. für Naturwiss., Diss., 2008

Regulatory RNA binding molecules : implication for diabetes pathogenesis

Le glucose est notre principale source d'énergie. Après un repas, le taux de glucose dans le sang (glycémie) augmente, ce qui entraine la sécrétion d'insuline. L'insuline est une hormone synthétisée au niveau du pancréas par des cellules dites bêta. Elle agit sur différents organes tels que les muscles, le foie ou le tissu adipeux, induisant ainsi le stockage du glucose en vue d'une utilisation future.¦Le diabète est une maladie caractérisée par un taux élevé de glucose dans le sang (hyperglycémie), résultant d'une incapacité de notre corps à utiliser ou à produire suffisamment d'insuline. A long terme, cette hyperglycémie entraîne une détérioration du système cardio-vasculaire ainsi que de nombreuses complications. On distingue principalement deux type de diabète : le diabète de type 1 et le diabète de type 2, le plus fréquent (environ 90% des cas). Bien que ces deux maladies diffèrent sur beaucoup de points, elles partagent quelques similitudes. D'une part, on décèle une diminution de la quantité de cellules bêta. Cette diminution est cependant partielle dans le cas d'un diabète de type 2, et totale dans celui d'un diabète de type 1. D'autre part, la présence dans la circulation de médiateurs de l'inflammation nommés cytokines est décelée aussi bien chez les patients de type 1 que de type 2. Les cytokines sont sécrétées lors d'une inflammation. Elles servent de moyen de communication entre les différents acteurs de l'inflammation et ont pour certaines un effet néfaste sur la survie des cellules bêta.¦L'objectif principal de ma thèse a été d'étudier en détail l'effet de petites molécules régulatrices de l'expression génique, appelées microARNs. Basé sur le fait que de nombreuses publications ont démontré que les microARNs étaient impliqués dans différentes maladies telles que le cancer, j'ai émis l'hypothèse qu'ils pouvaient également jouer un rôle important dans le développement du diabète.¦Nous avons commencé par mettre des cellules bêta en culture en présence de cytokines, imitant ainsi un environnement inflammatoire. Nous avons pu de ce fait identifier les microARNs dont les niveaux d'expression étaient modifiés. A l'aide de méthodes biochimiques, nous avons ensuite observé que la modulation de certains microARNs par les cytokines avaient des effets néfastes sur la cellule bêta : sur sa production et sa sécrétion d'insuline, ainsi que sur sa mort (apoptose). Nous avons en conséquence pu démontrer que ces petites molécules avaient un rôle important à jouer dans le dysfonctionnement des cellules bêta induit par les cytokines, aboutissant au développement du diabète.¦-¦La cellule bêta pancréatique est une cellule endocrine présente dans les îlots de Langerhans, dans le pancréas. L'insuline, une hormone sécrétée par ces cellules, joue un rôle essentiel dans la régulation de la glycémie. Le diabète se développe si le taux d'insuline relâché par les cellules bêta n'est pas suffisant pour couvrir les besoins métaboliques corporels. Le diabète de type 1, qui représente environ 5 à 10% des cas, est une maladie auto-immune qui se caractérise par une réaction inflammatoire déclenchée par notre système immunitaire envers les cellules bêta. La conséquence de cette attaque est une disparition progressive des cellules bêta. Le diabète de type 2 est, quant à lui, largement plus répandu puisqu'il représente environ 90% des cas. Des facteurs à la fois génétiques et environnementaux sont responsables d'une diminution de la sensibilité des tissus métabolisant l'insuline, ainsi que d'une réduction de la sécrétion de l'insuline par les cellules bêta, ce qui a pour conséquence le développement de la maladie. Malgré les différences entre ces deux types de diabète, ils ont pour points communs la présence d'infiltrat immunitaire et la diminution de l'état fonctionnel des cellules bêta.¦Une meilleure compréhension des mécanismes aboutissant à l'altération de la cellule bêta est primordiale, avant de pouvoir développer de nouvelles stratégies thérapeutiques capables de guérir cette maladie. Durant ma thèse, j'ai donc étudié l'implication de petites molécules d'ARN, régulatrices de l'expression génique, appelées microARNs, dans les conditions physiopathologiques qui aboutissent au développement du diabète. J'ai débuté mon étude par l'identification de microARNs dont le niveau d'expression était modifié lorsque les cellules bêta étaient exposées à des conditions favorisant à la fois le développement du diabète de type 1 (cytokines) et celui du diabète de type 2 (palmitate). Nous avons découvert qu'une modification de l'expression des miR-21, -34a et -146a était commune aux deux traitements. Ces changements d'expressions ont également été confirmés dans deux modèles animaux : les souris NOD qui développent un diabète s'apparentant au diabète de type 1 et les souris db/db qui développent plutôt un diabète de type 2. Puis, à l'aide de puces à ADN, nous avons comparé l'expression de microARNs chez des souris NOD pré-diabétiques. Nous avons alors retrouvé des changements au niveau de l'expression des mêmes microARNs mais également au niveau d'une famille de microARNs : les miR-29a, -29b et -29c. De manière artificielle, nous avons ensuite surexprimé ou inhibé en conditions physiopathologiques l'expression de tous ces microARNs et nous nous sommes intéressés à l'impact d'un tel changement sur différentes fonctions de la cellule bêta comme la synthèse et la sécrétion d'insulinè ainsi que leur survie. Nous avons ainsi pu démontrer que les miR-21, -34a, -29a, -29b, -29c avaient un effet délétère sur la sécrétion d'insuline et que la surexpression de tous ces microARNs (excepté le miR-21) favorisait la mort. Finalement, nous avons démontré que la plupart de ces microARNs étaient impliqués dans la régulation d'importantes voies de signalisation responsables de l'apoptose des cellules bêta telles que les voies de NFKB, BCL2 ou encore JNK.¦Par conséquent, nos résultats démontrent que les microARNs ont un rôle important à jouer dans le dysfonctionnement des cellules bêta lors de la mise en place du diabète.

Role of microRNAs in the pathogenesis of Ewing's sarcoma

SummaryEwing's sarcoma family tumors (ESFT) are the second most frequent cancer of bone in adolescents and young adults. ESFT are characterized by a chromosomal translocation that involves the 5' segment of the EWSR1 gene and the 3' segment of an ets transcription factor family member gene. In 85% of cases the chromosomal translocation generates the fusion protein EWSR1-FLI-1. Recent work from our laboratory identified mesenchymal stem cells (MSC) as the putative cell of origin of ESFT and characterized a CD133+ subpopulation of ESFT cells with tumor initating and self-renewal capacity, known as cancer stem cells (CSC). MicroRNAs (miRNAs) are small non-coding RNA that regulate protein expression at the post-transcriptional level by either repressing translation or destabilizing mRNA. MiRNAs participate in several biological processes including cell proliferation and differentiation. We used miRNA expression profile comparison between MSC and ESFT cell lines and CD133+ ESFT cells and CD133" ESFT cells to investigate the role of miRNAs in ESFT pathogenesis. MiRNA expression profile comparison of MSC and ESFT cell lines identified 35 differentially expressed miRNAs. Among these was down-regulation of let-7a which results, in part, by the direct repression of let-7a-l promoter by EWSR1-FLI-1. Overexpression of let-7a in ESFT cells blocked ESFT tumorigenesis through an High-motility group AT-hook2 (HMGA2)-mediated mechanism.MiRNA profiling of CD133+ ESFT and CD 133" ESFT cells revealed a broad repression of miRNAs in CD133+ ESFT mediated by down-regulation of TARBP2, a central regulator of the miRNA maturation pathway. Down-regulation of TARBP2 in ESFT cell lines results in a miRNA expression profile reminescent of that observed in CD133+ ESFT and associated with increased tumorigenicity. Enhancement of TARBP2 activity using the antibiotic enoxacin or overexpression of miRNA-143 or miRNA-145, two targets of TARBP2, impaired ESFT CSC self-renewal and block ESFT tumorigenicity. Moreover in vivo administration of synthetic let- 7a, miRNA-143 or miRNA-145 blocks ESFT tumor growth.Thus, dysregulation of miRNA expression is a key feature in ESFT pathogenesis and restoration of their expressions might be used as a new therapeutic tool.RésuméLe sarcome d'Ewing est la deuxième tumeur osseuse la plus fréquente chez l'enfant et le jeune adolescent. Le sarcome d'Ewing est caractérisé par une translocation chromosomique qui produit une protéine de fusion EWSR1-FLI-1. Des récents travaux ont identifié les cellules mésenchymateuses souches (MSC) comme étant les cellules à l'origine du sarcome d'Ewing ainsi qu'une sous-population de cellules exprimant le marqueur CD 133, dans le sarcome d'Ewing connu comme les cellules cancéreuses souches (CSC). Ces cellules ont la capacité d'initier la croissance tumorale et possèdent des propriétés d'auto-renouvellement. Les microRNAs (miRNAs) sont de petits ARN qui ne codent pas pour des protéines et qui contrôlent l'expression des protéines en bloquant la traduction ou en dégradant l'ARNm. Les miRNAs participent à différents processus biologiques comme la prolifération et la différenciation cellulaires.Le but de ce travail est d'étudier le rôle des miRNAs dans le sarcome d'Ewing. Un profil d'expression de miRNAs entre les MSC et des lignées cellulaires de sarcome d'Ewing a mis en évidence 35 miRNAs différemment exprimés. Parmi ceux-ci, la répression de let-7a est liée à la répression directe du promoteur de let-7a-l par EWSR-FLI-1. La sur-expression de let-7a dans des lignées cellulaires de sarcome d'Ewing inhibe leur croissance tumorale. Cette inhibition de croissance tumorale est régulée par la protéine high-motility group AT-hook2 (HMGA2).Un profil d'expression de miRNAs entre les cellules du sarcome d'Ewing CD133+ et CD133" montre une sous-expression d'un grand nombre de miRNAs dans les cellules CD133+ par rapport aux cellules CD133". Cette différence d'expression de miRNAs est due à la répression du gène TARBP2 qui participe à la maturation des miRNAs. La suppression de TARBP2 dans des cellules d'Ewing induit un profil d'expression de miRNAs similaire aux cellules CD133+ du sarcome d'Ewing et augmente la tumorigenèse des lignées cellulaires. De plus l'utilisation d'enoxacin, une molécule qui augmente l'activité de TARBP2 ou la sur- expression des miRNA143 ou miRNA-145 dans les CSC du sarcome d'Ewing bloque l'auto- renouvellement des cellules et la croissance tumorale. Finalement, l'administration de let-7a, miRNA-143 ou miRNA-145, dans des souris bloque la croissance du sarcome d'Ewing. Ces résultats indiquent que la dysrégulation des miRNAs participe à la pathogenèse du sarcome d'Ewing et que les miRNAs peuvent être utilisés comme des agents thérapeutiques.

Influence of Trypanosoma cruzi strain on the pathogenesis of chronic myocardiopathy in mice

The murine model of chronic Chaga's myocardiopathy was developed in 201 inbred and outbred mice. The experimental groups consisted of 1st: 73 inbred AKR and A/J mice inoculated with one of the following. Trypanosoma cruzi strains: Peruvian (Type I), 12 SF (Type II) or Colombian (Type III); 2nd: 128 outbred Swiss mice, chronically infected either with Type II or Type III strains isolated from human patients from different geographical areas. All T. cruzi strains were previoulsly characterized by their morphobiological behaviour in mice and by isoenzymatic patterns. For the 1st group the inoculum was 5 x 10**4 for the Peruvian strain and 1 x 10**5 for the 12 SF and Colombian strains. In the 2nd group-Swiss mice the inoculum size varied from 2 x 10**4 to 2 x 10**5. The inbred animals were killed at a 3 time-point scale (90, 180 and 240 days) post-infection. The Swiss mice were killed from 180 to 660 days after infection. The evaluation of parasitemia and serology (xeodiagnosis and indirect immunofluorescent test) was performed. The incidence of macroscopic alterations of the heart and cardiac index were evaluated. Histopathological lesions of the myocardium were graded. The influence of T. cruzi strain on the intensity of cardiac lesions was evaluated by the Chi-square test; the incidence of inflammatory lesions and its relationship to the parasite strain was evaluated by the Fisher test. The influence of the duration of infection was evaluated by using the Gamma Coefficient of Kruskal and Goodman and its measure of significance. Slight to severe microscopic alterations occurred in 85% of the chronically infected nice. There were a clear predominance on the incidence and intensity of inflammatory and fibrotic alterations for the mice infected with Type III strains. Statistical analysis has shown significant differences among the infected groups, in the inflammatory and fibrotic lesions. Macroscopic alterations (right cavities dilatation and apex aneurism of left ventricle), differed in incidence according to mice strains; in Swiss and AKR mice, significant differences were seen in mice infected with different T. cruzi strains, but the A/J mice failed to show significant differences correlated with different parasite strains. The duration of infection, from 90 to 240 days, could not be correlated with the degree of lesions in the several groups.

A study on the pathogenesis of human cerebral malaria and cerebral babesiosis

Cerebral complications are important, but poorly understood pathological features of infections caused by some species of Plasmodium and Babesia. Patients dying from P. falciparum were classified as cerebral or non-cerebral cases according to the cerebral malaria coma scale. Light microscopy revealed that cerebral microvessels of cerebral malaria patients were field with a mixture of parazited and unparazited erythrocytes, with 94% of the vessels showing parasitized red blood cell (PRBC) sequestration. Some degree of PRBC sequestration was also found in non-cerebral malaria patients, but the percentage of microvessls with sequestered PRBC was only 13% Electron microscopy demonstrated knobs on the membrane of PRBC that formed focal junctions with the capillary endothelium. A number of host cell molecules such as CD36, thrombospondim (TSP) and intracellular adhesion molecule I (ICAM-1) may function as endothelial cell surfacereports for P. falciparum-infected erythrocytes. Affinity labeling of CD36 and TSP to the PRBC surface showed these molecules specifically bind to the knobs. Babesia bovis infected erythrocytes procedure projections of the erythrocyte membrane that are similar to knobs. When brain tissue from B. bovis-infected cattle was examined, cerebral capillaries were packed with PRBC. Infected erythrocytes formed focal attachments with cerebral endothelial cells at the site of these knob-like projections. These findings indicate that cerebral pathology caused by B. bovis is similar to human cerebral malaria. A search for cytoadherence proteins in the endothelial cells may lead to a better understanding of the pathogenisis of cerebral babesiosis.

The role of cytokines in the pathogenesis of hepatic granulomatous disease in Schistosoma mansoni infected mice

Cytokines are important in the cell-mediated response to Schistosoma mansoni eggs. We have found that Th2 cytokine responses (e.G. IL-4 and IL-5) are argumented after egg laying begins while the response (IL-2 and IFN-*) are down regulated in S. mansoni infected mice. Treatment of mice with anti-IL-5 monoclonal antibodies (Mab) suppressed the eosinophil response almost completley but did not affect granuloma size and slightly increased hepatic fibrosis. Anti-IL-4 treatment abolished IgE responses in infected mice and decreased hepatic fibrosis slightly. Anti-IFN-* treatment had no effect on hepatic pathology. Anti-IL-2 treatment decreased granuloma size significantly and decreased hepatic fibrosis markedly. Anti-IL-2 treatment dramatically decreased IL-5 secretion by splenic cells in vitro and decreased peripheral blood and tissue eosinophilia. In contrast IL-4 secretion was unaffected and serum IgE was normal or increased. IL-2 and IFN-* secretion by splenic cells of treated mice were slightly but not significantly increased suggesting that anti-IL-2 treatment affecting Th2 rather than Th1 responses.

Pathogenesis of Schistosoma mansoni infection

In this paper a discussin is made on the pathogenesis of schistosomiasis mansoni in mice, presented from the perspectives of "processes", "mediators", "strategies for study" and vasculitis are discussed. The role of mediators, including cells, antibodies and immune complexes, cytokines and distal mediators is commented as related to the pathological processes occuring in schistosomiasis. Finally, strategies for study are presented, followed by a discussion on the etiopathogenesis of the different clinical stages and pathologic manifestations of schistosomiasis mansoni.

Dual function of eosinophils in pathogenesis and protective immunity against parasites

The functional duality of eosinophils, involved in a protective response or in pathogenesis is illustrated in various parasitic infections. In schistosomiasis, eosinophils have been shown to mediate schistosomula killing, in the presence of antibodies. The association of eosinophil-dependent cytotoxic antibody isotypes with resistance of reinfection (IgE and IgA antibodies), whereas in vitro blocking antibody isotypes (IgG4, IgM) were detected in susceptible subjects, suggested a participation of eosinophils in antibody-dependent protective response. However eosinophils could participate to granuloma formation and consequently to the pathological reactions during schistosomiasis. Activation of eosinophils by antibodies, leading to release of granule proteins have been studied in patients with filariasis. Eosinophil peroxidase, EPO was released safter IgE-dependent activation whereas Eosinophil Cationic Protein, ECP, was released after IgG- and IgA-dependent activation of eosinophils, results suggesting a process of differential release mediators. Interactions between eosinophils and interleukins, and specially IL-5 are discussed. Whereas a receptor for IL-5 has been characterized on human eosinophils, recent studies have shown that eosinophils, expressed the messenger RNA encoding IL-5. These results associated to data showing the synthesis of other cytokines indicate that eosinophils are not only the source of cytotoxic mediators involved in the effector phase of immunity but also of growth and regualtory factors, participating to immunoregulation.

Complement facilitates early prion pathogenesis.

New-variant Creutzfeldt-Jakob disease and scrapie are typically initiated by extracerebral exposure to the causative agent, and exhibit early prion replication in lymphoid organs. In mouse scrapie, depletion of B-lymphocytes prevents neuropathogenesis after intraperitoneal inoculation, probably due to impaired lymphotoxin-dependent maturation of follicular dendritic cells (FDCs), which are a major extracerebral prion reservoir. FDCs trap immune complexes with Fc-gamma receptors and C3d/C4b-opsonized antigens with CD21/CD35 complement receptors. We examined whether these mechanisms participate in peripheral prion pathogenesis. Depletion of circulating immunoglobulins or of individual Fc-gamma receptors had no effect on scrapie pathogenesis if B-cell maturation was unaffected. However, mice deficient in C3, C1q, Bf/C2, combinations thereof or complement receptors were partially or fully protected against spongiform encephalopathy upon intraperitoneal exposure to limiting amounts of prions. Splenic accumulation of prion infectivity and PrPSc was delayed, indicating that activation of specific complement components is involved in the initial trapping of prions in lymphoreticular organs early after infection.

An Experimental Approach to the Pathogenesis of "Pipestem" Fibrosis (Symmers' Fibrosis of the Liver)

Pathogenesis of schistosomal hepatic fibrosis ("pipestem" fibrosis of the liver) was investigated by means of the murine model. Although worm load appears as the main pathogenetic factor, alone it is not sufficient to produce that characteristic lesion. By comparing the findings in animals with heavy and prolonged Schistosoma mansoni infection, which developed or not" pipestem" fibrosis, it was observed that the lesion was more frequent in intact animals than in the splenectomized one. However, the size of the spleen, the number of recovered worms, the number of eggs per gram of liver tissue, the level of serum idiotype and anti-idiotype antibodies, the size and volume of periovular granulomas formed in the liver, all that failed to show statistically significant differences between the two groups. After analysing all these data, other factors, that apparently have been hitherto negleted, rested to explain the findings. Among them, the timing and sequence of the egg-induced intrahepatic vascular changes seemed crucial. The sequential development of intrahepatic portal vein obstruction, followed by the opening of periportal collateral veins and the continous arrival of schistosome eggs going to be lodged into the latter, appeared as essential steps in the pathogenesis of "pipestem" fibrosis